[发明专利]一种基于双球杆仪的五轴机床摆头的几何误差识别方法

说明书

本发明公开了一种基于双球杆仪的五轴机床摆头的几何误差识别方法，首先，基于五轴机床倾斜头的运动条件，分别提出了X方向、Y方向和Z方向三种测量模式；其次，在齐次变换矩阵(HTM)和多体系统(MBS)理论的基础上，分别建立了三种测量模式下两个DBB球的相对位移方程；最后，完全识别倾斜头的几何误差参数。本发明辨识了摆头全部的误差项，解决了参数间存在的耦合现象，而且辨识精度高，具有通用性，为五轴机床摆头的误差识别提供了参考。

技术领域

本发明涉及一种基于双球杆仪的五轴机床摆头的几何误差识别方法。本发明适用于数控机床，属于精密加工技术和工业自动化控制领域。

背景技术

随着复杂零件精密加工的快速发展，工件几何形状日益复杂，为满足精密加工的要求，五轴数控机床得到越来越广泛的应用。五轴数控机床具有更高的材料去除率，相对于工件的定位和定向能力，以及更低的生产成本等优点。然而，相对于三轴数控机床，由于机床摆头的增加，导致了更多的几何误差源，以至于现有的五轴数控机床不能提供与三轴数控机床相同的加工精度，从而阻碍了五轴精密加工的开发和实际实施。

在过去的几十年中，双球杆仪已被证明能够胜任机床旋转轴的校准，并且许多研究人员已经研究出一些有效的方法来测量和识别五轴数控机床的几何误差，但是针对五轴数控机床摆头的几何误差识别方法很少。并且已有的辨识方法只能辨识与位置无关的几何误差。因此，开发适用于五轴数控机床摆头的几何误差识别方法十分必要。

发明内容

针对五轴数控机床摆头的几何误差辨识中存在的问题，本发明提供一种基于双球杆仪和多体理论的五轴数控机床摆头的几何误差辨识方法，本发明减少了机床几何误差参数间的耦合关系，利用双球杆仪和多提理论，分别建立摆头在Y方向、X方向、Z方向测量模式下的运动方程，从而实现了摆头几何误差参数的辨识。

一种基于双球杆仪的五轴机床摆头的几何误差识别方法，该方法包括以下步骤：

(1)基于多体理论，建立相邻两体运动关系方程

图1为两个相邻运动体之间的位置情况，其{r_j}＝{r_x r_y r_z 1}^T表示P点在B_j体坐标系中的位置矩阵，其中r_x，r_y，r_z分别为P点在B_j体坐标系中的空间坐标，在三个笛卡尔坐标系再加上1，组成一个四维矢量，则由多体理论可知，P点在B_i体坐标系中的位置矩阵表示为：

其中分别表示B_i体与B_j体之间的相对位置变换矩阵，相对位置误差变换矩阵，相对运动变换矩阵，相对运动误差变换矩阵。

(2)机床摆头的几何误差参数辨识方法

五轴数控机床摆头共有8个几何误差参数，其中与位置点有关的有6个，分别是δ_x(B)，δ_y(B)，δ_z(B)，ε_x(B)，ε_y(B)，ε_z(B)，与位置点无关的有2个，ε_xB，ε_Bz。